CN113916409A - 一种不锈钢钢索的索力测量方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不锈钢钢索的索力测量方法及测量系统，涉及应力测量技术领域，该测量方法包括用具有导磁性能的碳钢钢丝置换构成预应力钢索的其中至少一根不锈钢钢丝，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量，以得到预应力钢索索力值。该测量系统包括被检测的预应力钢索和磁通量传感器，预应力钢索内含具有导磁性能的碳钢钢丝，磁通量传感器置于被检测的预应力钢索外侧，用于测量相应的磁场物理量。本发明解决了磁通量法在不锈钢钢索中应用问题，大大优化了不锈钢钢索的测量问题，大幅降低不锈钢钢索索力测量成本。

Description

一种不锈钢钢索的索力测量方法及测量系统

技术领域

本发明涉及应力测量技术领域，尤其是涉及一种不锈钢钢索的索力测量方法及测量系统。

背景技术

随着现代建筑工业的发展，作为一种绿色、低碳建筑构件-预应力钢索构件，因其具有强度高、体积小、质量小、耐腐蚀性好的特点被广泛地应用在大型桥梁、机场候机厅、航站楼、高铁站及大型商业建筑中。因其以上特点，预应力钢索一般都在上述建筑结构扮演及其重要的角色，如通过预应力钢索连接塔柱和桥身的预应力斜拉桥，可以说预应力钢索几乎承60-80％桥身恒载及其上面行走车辆、人行的荷载，其重要性可想而知。在建筑结构安全体系中因为其重要的“地位”，人们需要及时而又准确地掌握建筑物在施工过程中以及其使用过程中预应力钢索的索力。

目前发展较为成熟的预应力钢索测量方法有油表读数法、频率法、机械传感器法、磁通量传感器方法等。

(1)油表读数法，是采用预应力钢索施工张拉过程中所使用的张拉设备-千斤顶和油表进行预应力钢索张拉端的索力读取，建筑物建成完工设备拆除后，索力测量变得极为困难、且成本高昂，另外，因为该方法只能测量能安装张拉设备索端部，而不能测量索身任意部位索力，故该方法仅有限地使用在施工过程中端部索力的测量；

(2)频率法是利用预应力钢索中索力与其索力存在物理关系而发展成为一种索力检测方法，但是该方法仅测量索身没有其他干扰物的简支索比较准确，若索身连接有其他建筑构件，如其他索、钢梁、撑杆等，因测被检测索本身的固有频率受到其他构件“干扰”而失真，因此该方法变得不可行；

(3)机械传感器方法是指在预应力钢索端部埋设拉力或压力传感器，通过其构造传递预应力钢索索力，从而测量出预应力钢索索力，和油表读数法一样，该方法因其埋设在索的固定部位，且参与索受力，因此其只局限于埋设部位索力测量，成本高昂，且有传感器失效无法修复风险，故应用并不广泛；

(4)磁通量法是利用被检测物-预应力钢索的磁致伸缩效应，即钢索应力改变会导致钢索磁导率变化，从而引起外加磁场物理量变化，通过测量变化的磁场物理量，利用钢索应力与磁场物理量之间的单调关系，得出对应的钢索应力(索力)。

但采用磁通量法测量预应力钢索索力，被检测索力需具备一定的导磁性能，否则钢索应力改变不会引起外加磁场物理量变化，因此对于没有导磁性能或导磁性能较弱的不锈钢索体，现有的磁通量法不可行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在与提供一种不锈钢钢索的索力测量方法，以解决现有技术中采用磁通量法测量预应力钢索索力，被检测索力不具备一定的导磁性能，导致钢索应力改变不会引起外加磁场物理量变化的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种利用不锈钢钢索的索力测量方法的测量系统。

为了实现上述目的之一，本发明提供了一种不锈钢钢索的索力测量方法，包括用具有导磁性能的碳钢钢丝置换构成预应力钢索的其中至少一根不锈钢钢丝，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量，以得到预应力钢索索力值。

根据一种优选实施方式，所述碳钢钢丝包括一根。

根据一种优选实施方式，所述碳钢钢丝位于所述预应力钢索的中心位置或者非中心位置。

根据一种优选实施方式，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量包括激励线圈通电，在所述预应力钢索外侧形成外加磁场，磁化所述预应力钢索内部的碳钢钢丝。

根据一种优选实施方式，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量还包括通过检测线圈检测磁场物理量。

根据一种优选实施方式，所述磁场物理量为感应电流或者电感。

根据一种优选实施方式，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量还包括变化所述预应力钢索应力值，测量相对应的磁场物理量，得到钢索应力-磁场物理量曲线。

根据一种优选实施方式，反之，通过测量所述磁场物理量，获得预应力钢索索力值。

为了实现上述目的之二，本发明提供了一种测量系统，包括被检测的预应力钢索和磁通量传感器，所述预应力钢索内含具有导磁性能的碳钢钢丝，所述磁通量传感器置于所述被检测的预应力钢索外侧，用于测量相应的磁场物理量。

根据一种优选实施方式，所述磁通量传感器包括外加磁场的激励线圈、检测磁场物理量的检测线圈、线圈骨架和传感器外壳。

本发明提供的不锈钢钢索的索力测量方法，具有以下技术效果：

该种不锈钢钢索的索力测量方法，通过用具有导磁性能的碳钢钢丝置换构成预应力钢索的其中至少一根不锈钢钢丝，解决了磁通量法在不锈钢钢索中应用问题，大大优化了不锈钢钢索的测量问题，大幅降低不锈钢钢索索力测量成本。

磁通量法的磁通量传感器不参与预应力钢索受力，磁通量传感器置于预应力钢索外侧，几乎可以实现无接触测量，可以测量索身任意部位的索力，易检修、更换，且不影响结构安全。

磁通量法是利用钢索应力与磁场物理量(实际上是材料磁导率)稳定的物理关系确定的，而材料磁导率为材料的属性，不受周边环境的影响，故磁通量法受作业环境的影响较小，测量精度高、耐久性好。

磁通量法是通过在预应力钢索测量部位外置磁通量传感器实现的，测量时只要激发激励线圈，便可获得磁场物理量信号，整个测量过程非常简单，测量工作不受作业环境和时间限制，方便、适用。

磁通量法通过磁通量传感器完成，可以远程激发线圈、获得信号等操作，可进行施工过程测量，也可以进行使用阶段测量，自动化、智能化程度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例预应力钢索的不锈钢钢丝截面示意图；

图2是图1中的不锈钢钢丝的中心钢丝被置换后的示意图；

图3是置换后“不锈钢”索体的磁化过程仿真图片；

图4是激励线圈尺寸影响趋势图；

图5是测量系统的工作示意图。

其中，图1-图5：

1、不锈钢钢丝；2、导磁性能较强的碳钢钢丝；3、磁通量传感器；31、激励线圈；32、检测线圈；33、线圈骨架；34、传感器外壳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

正如背景技术所述，现有技术中采用磁通量法测量预应力钢索索力，被检测索力需具备一定的导磁性能，否则钢索应力改变不会引起外加磁场物理量变化，因此对于没有导磁性能或导磁性能较弱的不锈钢索体，现有的磁通量法不可行。

基于此，本发明提供了一种不锈钢钢索的索力测量方法，通过用具有导磁性能的碳钢钢丝置换构成预应力钢索的其中至少一根不锈钢钢丝，解决了磁通量法在不锈钢钢索中应用问题，大大优化了不锈钢钢索的测量问题，大幅降低不锈钢钢索索力测量成本。

磁通量法的磁通量传感器不参与预应力钢索受力，磁通量传感器置于预应力钢索外侧，几乎可以实现无接触测量，可以测量索身任意部位的索力，易检修、更换，且不影响结构安全。

磁通量法是利用钢索应力与磁场物理量(实际上是材料磁导率)稳定的物理关系确定的，而材料磁导率为材料的属性，不受周边环境的影响，故磁通量法受作业环境的影响较小，测量精度高、耐久性好。

磁通量法是通过在预应力钢索测量部位外置磁通量传感器实现的，测量时只要激发激励线圈，便可获得磁场物理量信号，整个测量过程非常简单，测量工作不受作业环境和时间限制，方便、适用。

磁通量法通过磁通量传感器完成，可以远程激发线圈、获得信号等操作，可进行施工过程测量，也可以进行使用阶段测量，自动化、智能化程度高。

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明对于预应力钢索的截面形状不作限定，例如，可以是三边形、四边形、五边形或者六边形，等等，也可以是其它不规则形状，只要是由若干根不锈钢钢丝1沿着同一方向形成束状，均在本发明的保护范围之内。

不锈钢预应力钢索由一定排列规律的若干根不锈钢钢丝1捻制而成，同一个截面上，每根不锈钢钢丝1的受力状态基本相同。如图1所示，本实施例以截面为六边形的预应力钢索为例。

基于现有的磁通量法无法检测导磁性能较弱或者不具有导磁性能的不锈钢索力的问题，本发明通过置换一根不锈钢钢丝1方法，具体是将中心位置不锈钢钢丝1换成导磁性较强、力学性能与原有钢丝几乎一致的碳钢钢丝，如图2所示。

通过置换导磁性能较强的碳钢钢丝2，碳钢钢丝被外加磁场磁化后，如图3(中心钢丝被磁化的仿真图片)所示，根据上述磁通量法测量原理，从而“重新”建立钢丝应力-磁场物理量一一对应的关系，再根据同一个截面，各钢丝受力状态几乎一致的原理，最终得出整个钢索的索力。

其中，图4为置换导磁性能较强的碳钢钢丝2后的不锈钢钢索的激励线圈31尺寸影响趋势图，进一步证明了钢丝应力-磁场物理量一一对应的关系。

需要说明的是，本发明提供的具有导磁性能，一般指导磁性能较强的碳钢钢丝2。

另外，本发明对于导磁性能较强的碳钢钢丝2的具体位置和数量不作限定，优选为一根，当采用一根导磁性能较强的碳钢钢丝2时，导磁性能较强的碳钢钢丝2优选为位于预应力钢索的中心位置。

本发明的测量系统能够测量不锈钢钢索的索力，如图5所示，包括被检测的预应力钢索和磁通量传感器3，预应力钢索内含具有导磁性能的碳钢钢丝，磁通量传感器3置于被检测的预应力钢索外侧，用于测量相应的磁场物理量。磁通量传感器3又包括外加磁场的激励线圈31、检测磁场物理量的检测线圈32、线圈骨架33和传感器外壳34。

测量不锈钢钢索的索力的方法如下，

第一步：用导磁性能较强的碳钢钢丝2置换位于不锈钢钢索中心位置的不锈钢钢丝1；

第二步：将磁通量传感器3置于被检测预应力钢索外侧；

第三步：激励线圈31通电工作，在预应力钢索外侧形成外加磁场，磁化不锈钢钢索的中心碳钢钢丝；

第四步：通过检测线圈32检测磁场物理量(实际上是材料的磁导率)，如感应电流和电感；

第五步：变化预应力钢索应力值，测量相对应的磁场物理量，即钢索应力-磁场物理量曲线，反之，通过测量磁场物理量即获得预应力钢索索力值。

本发明具有以下优点：

(1)解决了磁通量法在不锈钢钢索中应用问题，大大优化不锈钢钢索的测量问题，大幅降低不锈钢钢索索力测量成本；

(2)磁通量法不参与预应力钢索受力，且置于钢索体外，几乎可以实现无接触测量，可以测量索身任意部位的索力，易检修、更换，且不影响结构安全

(3)磁通量法是利用钢索应力与磁场物理量(实际上是材料磁导率)稳定的物理关系确定的，而材料磁导率为材料的属性，不受周边环境的影响，故磁通量法受作业环境的影响较小，测量精度高、耐久性好；

(4)磁通量法是通过在钢索测量部位外置磁通量传感器3实现的，测量时只要激发激励线圈31，便可获得磁场物理量信号，整个测量过程非常简单，测量工作不受作业环境和时间限制，方便、适用；

(5)磁通量法通过磁通量传感器3完成，可以远程激发线圈、获得信号等操作，可进行施工过程测量，也可以进行使用阶段测量，自动化、智能化程度高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，包括用具有导磁性能的碳钢钢丝置换构成预应力钢索的其中至少一根不锈钢钢丝，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量，以得到预应力钢索索力值。

2.根据权利要求1所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，所述碳钢钢丝包括一根。

3.根据权利要求2所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，所述碳钢钢丝位于所述预应力钢索的中心位置或者非中心位置。

4.根据权利要求1所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量包括激励线圈通电，在所述预应力钢索外侧形成外加磁场，磁化所述预应力钢索内部的碳钢钢丝。

5.根据权利要求4所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量还包括通过检测线圈检测磁场物理量。

6.根据权利要求5所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，所述磁场物理量为感应电流或者电感。

7.根据权利要求5所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，将磁通量传感器置于被检测预应力钢索外侧用于测量相应的磁场物理量还包括变化所述预应力钢索应力值，测量相对应的磁场物理量，得到钢索应力-磁场物理量曲线。

8.根据权利要求7所述的不锈钢钢索的索力测量方法，其特征在于，反之，通过测量所述磁场物理量，获得预应力钢索索力值。

9.一种测量系统，其特征在于，包括被检测的预应力钢索和磁通量传感器，所述预应力钢索内含具有导磁性能的碳钢钢丝，所述磁通量传感器置于所述被检测的预应力钢索外侧，用于测量相应的磁场物理量。

10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述磁通量传感器包括外加磁场的激励线圈、检测磁场物理量的检测线圈、线圈骨架和传感器外壳。

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